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高爐TRT機(jī)組蜂窩密封振動(dòng)故障診斷

謝民

(湖南湘潭鋼鐵有限公司,湖南湘潭411101)

【摘要】通過(guò)對(duì)湘潭鋼鐵公司2#高爐TRT機(jī)組啟機(jī)測(cè)試過(guò)程的分析，指出2#高爐TRT應(yīng)用蜂窩密封后機(jī)組試車時(shí)引起軸振動(dòng)大故障的主要原因是蜂窩密封碰磨,總結(jié)分析了碰磨引起異常振動(dòng)的診斷和處理措施。

【關(guān)鍵詞】高爐TRT;蜂窩密封;振動(dòng)故障;診斷

1　前言

1.1湘鋼2#高爐TRT于2010年4月投產(chǎn),是陜鼓2009年6月份生產(chǎn)的干法除塵能量回收透平膨脹機(jī)組，該機(jī)組型號(hào)為MPG19.2-295.6/180，額定容量18 MW，工作轉(zhuǎn)速3000 r/min，進(jìn)口壓力0.29 MPa，出口壓力0.011 MPa，進(jìn)口溫度180毅C。軸系臨界轉(zhuǎn)速（計(jì)算值）r/min：第一階1560（TRT轉(zhuǎn)子一階），第二階1640（發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一階），運(yùn)行過(guò)程中軸系的振動(dòng)報(bào)警值80滋m，跳機(jī)值為160滋m（軸瓦的2個(gè)測(cè)量點(diǎn)都達(dá)到才跳）。透平機(jī)轉(zhuǎn)子前軸承位于前箱內(nèi)，后軸承與推力瓦一起座落在排氣缸上。

1.2 2#高爐TRT機(jī)組軸端密封方式采用的是由拉別令密封+碳環(huán)密封+充氮?dú)夥舛侣庀到y(tǒng)組成。投產(chǎn)運(yùn)行1年以后，TRT進(jìn)出口軸封存在煤氣泄漏安全隱患。在2011年9月對(duì)其進(jìn)行首次開(kāi)蓋檢查期間，發(fā)現(xiàn)TRT高低壓兩側(cè)迷宮式氣封翅片磨損，氣封間隙部份超標(biāo)。2013年10月開(kāi)大蓋檢查了2#高爐TRT主軸氣封翅片磨損并檢測(cè)了氣封間隙，由于氣封間隙嚴(yán)重超標(biāo)，煤氣泄漏隱患無(wú)法得到徹底解決。鑒于2014年4#高爐TRT濕法改干法應(yīng)用了蜂窩式氣封，軸封煤氣達(dá)到了零泄漏目標(biāo)，于2015 年6月開(kāi)展2#高爐TRT中修工作，中修重點(diǎn)項(xiàng)目為蜂窩氣封改造。

2　 2　#高爐TRT機(jī)組檢修情況

2.1檢修內(nèi)容

主要是將1#瓦、2#瓦更換為新軸瓦；轉(zhuǎn)子兩側(cè)軸封套更換為新軸封套；軸端密封方式更換為蜂窩密封。

2.2蜂窩密封改造

2.2.1改造后蜂窩式密封方案為：蜂窩式密封組件+氣膜密封裝置+充氮?dú)夥舛侣?，?nèi)部（里側(cè)）為蜂窩汽封密封，密封煤氣；外部（外側(cè)）為氣膜密封，來(lái)密封極少量的煤氣泄漏，氮?dú)庥扇懒憬佑|密封來(lái)進(jìn)行密封。密封氮?dú)鈴挠儆谝源笥诒幻芊饷簹?.02~ 0.03 MPa的壓力進(jìn)行封堵。結(jié)構(gòu)示意圖圖1所示。

2.2.2蜂窩式密封安裝調(diào)試。TRT氣封體進(jìn)行更換，現(xiàn)場(chǎng)確保機(jī)組轉(zhuǎn)子中心、密封套洼窩、缸體在此狀態(tài)下不會(huì)再動(dòng)，不影響氣封的安裝調(diào)試。先對(duì)下氣封體及氣封蜂窩片進(jìn)行安裝調(diào)試，在對(duì)上氣封蜂窩片安裝調(diào)試。上下氣封體扣大蓋試裝（避免因上下機(jī)殼存在間隙（0.2 mm）對(duì)氣封體造成損壞）。

本次檢修通過(guò)調(diào)整蜂窩汽封背弧，調(diào)整至蜂窩廠家圖紙要求的范圍：進(jìn)、排氣側(cè)外第1列到第8列的間隙標(biāo)準(zhǔn)0.25~0.35(mm)，進(jìn)、排氣側(cè)外第9列到第13列的間隙標(biāo)準(zhǔn)0.35~0.45(mm)。

圖1　機(jī)組密封改造后結(jié)構(gòu)示意圖

3　 2　#高爐TRT啟機(jī)測(cè)試過(guò)程分析

3.1測(cè)點(diǎn)布置

利用SK1972振動(dòng)分析儀對(duì)2#高爐TRT啟機(jī)情況進(jìn)行測(cè)量、記錄、存儲(chǔ)、分析和處理。機(jī)組振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)為本特利3500型，1#、2#軸瓦附近左右45毅方向各安裝一個(gè)電渦流傳感器測(cè)量TRT轉(zhuǎn)子軸相對(duì)振動(dòng)，發(fā)電機(jī)前后軸承座頂部垂直方向安裝9200速度測(cè)量瓦振。4號(hào)軸承前端右140毅方向臨時(shí)安裝的光電傳感器與軸外露部分粘貼的反光片配合測(cè)量機(jī)組轉(zhuǎn)速和振動(dòng)相位。3500系統(tǒng)后面板的端子輸出信號(hào)到DCS實(shí)時(shí)顯示機(jī)組振動(dòng)，面板Q9插座輸出信號(hào)和鍵相信號(hào)進(jìn)入SK1972振動(dòng)分析儀。軸系結(jié)構(gòu)如下圖2所示。

圖2　軸系結(jié)構(gòu)圖

3.2三次啟機(jī)振動(dòng)測(cè)試過(guò)程分析

3.2.1 2015年6月16日08:58開(kāi)始對(duì)機(jī)組進(jìn)行升速試驗(yàn)，9：35:37機(jī)組升速至487 r/min轉(zhuǎn)時(shí)，1#瓦軸系振動(dòng)存在上升趨勢(shì)明顯異常，降速盤(pán)車。分析圖3中振動(dòng)趨勢(shì)認(rèn)為：487 r/min時(shí)1Y振動(dòng)便達(dá)到了120滋m,并分析圖4 1Y的頻譜主要為基頻7.88Hz，在更換新型蜂窩密封的情況并考慮機(jī)組熱膨脹時(shí)間很短，機(jī)組振動(dòng)有可能原因是碰磨。機(jī)組停止繼續(xù)升速，降速后進(jìn)行連續(xù)盤(pán)車、停車檢查。機(jī)組不開(kāi)大蓋，開(kāi)1#軸承箱進(jìn)行了檢查，未有異常情況。

3.2.2 2015年6月17日1點(diǎn)開(kāi)始再次對(duì)機(jī)組進(jìn)行升速試驗(yàn)，1：30分開(kāi)始啟機(jī)升速，機(jī)組升速至500轉(zhuǎn)時(shí)，1、2#瓦軸系振動(dòng)均正常，振動(dòng)值維持20滋m左右。機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行30 min后，先將轉(zhuǎn)速緩慢升至1000轉(zhuǎn)，1、2#瓦軸系振動(dòng)也逐步上升，2#瓦軸系（2y）振動(dòng)最大升至160滋m，因而將轉(zhuǎn)速降至500轉(zhuǎn)并運(yùn)行30 min，但是1、2#瓦軸系振動(dòng)下降不大，2#瓦軸系（2y）振動(dòng)最大值還有140滋m，4點(diǎn)左右轉(zhuǎn)速升至1000轉(zhuǎn)，1、2#瓦軸系振動(dòng)再次沖高，最后1、2#瓦軸系振動(dòng)達(dá)到160滋m停機(jī)。機(jī)組在臨界轉(zhuǎn)速以下多次進(jìn)行升速和降速試驗(yàn)和頻譜主要為基頻表明，機(jī)組有較嚴(yán)重的碰磨現(xiàn)象，基頻占主要成份，是由于局部碰磨引起的熱彎曲導(dǎo)致。

圖3　2015年6月16日TRT啟機(jī)1X、2Y、2X振動(dòng)趨勢(shì)

圖4　1Y的頻譜

采取如下措施：1、將氣膜密封裝置更換成前軸碳環(huán)密封座舊備件減少碰磨機(jī)會(huì)。2、由于TRT軸冷態(tài)密封間隙在標(biāo)準(zhǔn)范圍，為分析可能產(chǎn)生碰磨的情況，啟機(jī)機(jī)前安排對(duì)TRT本體東西兩側(cè)（四點(diǎn)）安裝百分表，比對(duì)啟機(jī)后百分表的數(shù)據(jù)變化。參見(jiàn)圖5。

圖5　TRT本體膨脹測(cè)量點(diǎn)布置

3.2.3 2015年06月17日13：50第三次開(kāi)始啟機(jī)升速，機(jī)組升速至500、1000 r/min時(shí)，1、2#瓦軸系振動(dòng)均正常；15:14:22機(jī)組升速至臨界1690 r/min時(shí)，2#瓦軸系（2y）振動(dòng)升至129滋m，臨界轉(zhuǎn)速后1#、2#瓦軸系振動(dòng)并迅速回落，如圖6所示。將轉(zhuǎn)速逐步穩(wěn)定上升直至2620 r/min，1#、2#瓦軸系振動(dòng)比較穩(wěn)定，有輕微上升趨勢(shì)并不穩(wěn)定，之后根據(jù)1#、2#瓦軸系振動(dòng)邊觀察邊進(jìn)行轉(zhuǎn)速的調(diào)整，15:15~17:08維持轉(zhuǎn)速在2360~2780 r/min之間磨合，17:23:32轉(zhuǎn)速升至3000轉(zhuǎn)，并一直保持在3000轉(zhuǎn)。之后1、2#瓦軸系振動(dòng)上升趨勢(shì)加劇，先是1#瓦軸系（1y）振動(dòng)在18:11:34時(shí)達(dá)到122滋m，通過(guò)對(duì)機(jī)組運(yùn)行情況的觀察，確定先磨合運(yùn)行，需要注意到1#瓦軸系（1y）振動(dòng)在磨合運(yùn)行后，先降后又升再降直到穩(wěn)定，同時(shí)2#瓦軸系（2y）振動(dòng)出現(xiàn)相應(yīng)波動(dòng)且有上升趨勢(shì)，19:34:38時(shí)2#瓦軸系（2y）振動(dòng)達(dá)到120滋m，1#瓦軸系（1y）振動(dòng)達(dá)到125滋m，此后1、2#瓦軸系振動(dòng)顯下降趨勢(shì)，并視振動(dòng)的下降緩慢加負(fù)荷，于22: 09:48分機(jī)組帶正常負(fù)荷，除2#瓦振動(dòng)探頭點(diǎn)振動(dòng)達(dá)49.7滋m，其他振動(dòng)均控制在30滋m左右，機(jī)組運(yùn)行狀況正常，祥細(xì)運(yùn)行趨勢(shì)參見(jiàn)圖6和各時(shí)間點(diǎn)機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)表1。

圖6　2015年6月17日TRT啟機(jī)1X、2Y、2X、2Y振動(dòng)趨勢(shì)

表1　06月17日各時(shí)間點(diǎn)機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)（通頻）　滋m

此次啟機(jī)機(jī)組整體膨脹測(cè)量具體數(shù)據(jù)如下表2：根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，機(jī)組整體膨脹向西側(cè)偏移，導(dǎo)致機(jī)組軸封間隙偏小碰磨。

表2　機(jī)組整體膨脹測(cè)量記錄表

4　總結(jié)分析碰磨引起異常振動(dòng)的診斷和處理措施

4.1碰磨引起異常振動(dòng)的診斷

在更換新型蜂窩密封的情況下，第一次啟機(jī)在487 r/min低速時(shí)，1Y振動(dòng)便達(dá)到了120滋m,分析1Y的頻譜主要為基頻7.88 Hz，考慮機(jī)組并沒(méi)有引起不平衡的結(jié)構(gòu)性因素，機(jī)組在臨界轉(zhuǎn)速以下多次進(jìn)行升速和降速試驗(yàn)對(duì)1#、2#瓦軸系振動(dòng)影響不大，頻譜分析主要占比為基頻，表明機(jī)組異常振動(dòng)是同由有較嚴(yán)重的碰磨現(xiàn)象引起，基頻成份主要是由于局部碰磨引起的熱彎曲導(dǎo)致，這是一個(gè)升速過(guò)臨界轉(zhuǎn)速之前便發(fā)生了動(dòng)靜碰磨的典型實(shí)例。機(jī)組在在工作轉(zhuǎn)速3000 r/min時(shí)，碰摩故障仍然存在，嚴(yán)格制定停機(jī)值160滋m以下，采取控制磨合方法消除了碰摩故障。雖然TRT軸冷態(tài)密封間隙在標(biāo)準(zhǔn)范圍，通過(guò)打表現(xiàn)場(chǎng)觀察啟機(jī)機(jī)組整體膨脹具體數(shù)據(jù)的變化，機(jī)組整體膨脹向西側(cè)偏移，導(dǎo)致機(jī)組軸封間隙偏小碰磨。

4.2碰摩故障在磨合的不同階段應(yīng)采取的相應(yīng)處理措施要求

對(duì)于碰摩故障主要是針對(duì)提前預(yù)防故障的發(fā)生，但當(dāng)碰摩故障出現(xiàn)之后應(yīng)該采取相應(yīng)的解決措施來(lái)進(jìn)行有效地處理碰摩故障。

4.2.1如果在啟動(dòng)中存在動(dòng)靜碰摩，機(jī)組應(yīng)停止繼續(xù)升速，降速后進(jìn)行連續(xù)盤(pán)車后再升速?；蛘呦冉档娃D(zhuǎn)速保證振動(dòng)恢復(fù)到正常水平時(shí)(動(dòng)靜接觸脫離)再升速，若此時(shí)摩擦仍然存在，可以再次降低轉(zhuǎn)速繼續(xù)磨合。否則容易造成大軸永久彎曲的嚴(yán)重事故。

4.2.2如果啟動(dòng)過(guò)程中碰摩故障發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速以上時(shí)，則應(yīng)該保證振動(dòng)可控的前提下在該轉(zhuǎn)速上多停留一段時(shí)間，讓動(dòng)靜部件之間自行磨合擴(kuò)大間隙，然后再升速。

4.2.3工作轉(zhuǎn)速的碰摩故障如果采取磨合方法消除故障，則應(yīng)該嚴(yán)格制定停機(jī)值，防止在停機(jī)惰走過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)摩擦加劇，引起更大的振動(dòng)。

[參考文獻(xiàn)]

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[2]陸頌元.大型機(jī)組動(dòng)靜碰磨的振動(dòng)特征及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處理方法[J].中國(guó)電力, 2003, (1).

Diagnosis of Honeycomb Seal Vibration Fault in Blast Furnace TRT Unit

Xie Min

(Hunan Xiangtan Iron and Steel Co., Ltd., Xiangtan, Hunan 411101, China)

[Abstract]Through analysis of the startup test process of Xiangtan Steel’s No.2 blast furnace TRT unit, it was pointed out that rubbing impact had been the main cause of the excessive axle vibration at test running after application of honeycomb seal in the TRT. Di原agnosis and treatment of the abnormal vibration were summarized and analyzed.

[Keywords]blast furnace TRT; honeycomb seal; vibration fault; diagnosis

作者簡(jiǎn)介:謝民(1963-),男,畢業(yè)于武漢科技大學(xué),高級(jí)工程師,現(xiàn)從事設(shè)備技術(shù)工作。

收稿日期:2015-08-25

【文章編號(hào)】1006-6764（2015）12-0039-04

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【中圖分類號(hào)】TK229